Матрица переключения коммутатора

Обновлено: 02.07.2024

В коммутационных системах PFI используется надежная полупроводниковая технология, обеспечивающая однонаправленный путь прохождения сигнала от входа к выходу при подаче питания на систему. 464kC обеспечивает конфигурации до 256x256 в одном 10,5-дюймовом шасси. Компактная система 4164 поддерживает матрицу 64x64 в 3,5-дюймовом корпусе. Более крупные конфигурации могут поддерживаться с использованием нескольких шасси.

Произвольный доступ

Произвольный доступ — это компьютерный термин, означающий, что вы можете получить доступ к любому входу переключателя из любой розетки. Вход может быть соединен с одним или несколькими выходами. Каждый вход переключателя имеет дифференциальный вход для разрыва контуров заземления и для правильного заземления между несколькими входами с разными потенциалами земли. Выключающие розетки могут быть оптимизированы для правильного управления дифференциальными или несимметричными нагрузками.

Самопроверка

Ошибки могут дорого обойтись. Наша опция самотестирования позволяет вам проверить каждое соединение, используемое в вашем тесте, или проверить каждое возможное соединение с системой. Если есть проблема, диагностика подскажет вам, где именно, чтобы вы могли исправить ее перед запуском теста. Диагностические отчеты сохраняются в виде текстовых документов и могут использоваться в дополнение к отчетам о качестве и достоверности для всей системы измерения.

Прецизионные твердотельные матричные переключатели сигналов

Функции матрицы коммутации 4164 64 x 64

Precision 4164 представляет собой матрицу коммутаторов 64 x 64, поставляемую в компактном корпусе высотой 2U для монтажа в стойку или настольного компьютера.

Переключить характеристики матрицы

Матрица твердотельных переключателей
Высокая плотность: 4096 точек пересечения.

Размер матрицы

64 x 64, все в компактном корпусе высотой 2U (3,5 дюйма)

Системный контроль

Графический пользовательский интерфейс в виде электронных таблиц для управления хост-компьютером
Командное управление удаленным интерфейсом Ethernet
Управление на передней панели
Энергонезависимое хранение конфигураций коммутатора: хранение до 8 настроек в системе, неограниченное количество настроек на хост-компьютере.

Целостность системы

Контроль работоспособности системы, источника питания и внутренней температуры
Твердотельные переключатели более надежны, чем системы механических реле.
Дополнительные самопроверки с отчетами, исчерпывающая проверка настроек переключателей.

Переключение сигнала

±10 Впик для каждого пути прохождения сигнала
Входные характеристики
Сбалансированный дифференциальный вход

Частотная характеристика

Выходные характеристики

Несимметричный с ручным выбором датчика заземления

Возможности матричной системы коммутации 464kC

Матричная система переключателей Precision 464kC — это надежная полупроводниковая матричная система переключателей, обеспечивающая управляемые компьютером соединения между любым входом и любым выходом. Настройте один 464kC на 256 входов и 256 выходов или создайте более крупную систему, объединив две или более систем вместе, чтобы сформировать массив с практически неограниченными возможностями.

Сэкономьте время и уменьшите количество ошибок при настройке системы коммутации с помощью простого в использовании графического пользовательского интерфейса в виде электронных таблиц. Сохраните конфигурации и загрузите их в систему коммутатора по сети — и ваши тесты готовы к работе. Запрограммируйте коммутатор из своего приложения через высокоуровневый интерфейс Ethernet. Редактируйте конфигурации в автономном режиме в Excel.

Переключить характеристики матрицы

3-ступенчатая неблокирующая полупроводниковая матрица переключателей
Высокая плотность: 65 536 эквивалентных точек коммутации в одном базовом блоке.

Размер матрицы

Размеры матриц в соответствии с уникальными требованиями: 256 x 256, 224 x 224, 192 x 192,
160 x 160, 128 x 128 и 96 x 96.
Шины для формирования больших систем: например, 256 x 512, 512 x 256 и 512 x 512
Модульная конструкция с использованием съемных карт.

Системный контроль

Графический пользовательский интерфейс в виде электронных таблиц для управления хост-компьютером
Командное управление удаленным интерфейсом Ethernet
Управление на передней панели
Энергонезависимое хранение конфигураций коммутатора: хранение до 8 настроек в системе, неограниченное количество настроек на хост-компьютере.

Целостность системы

Контроль работоспособности системы: блок питания, вентиляторы и внутренняя температура
Твердотельные переключатели более надежны, чем системы механических реле.
Встроенные средства самотестирования с диагностикой для проверки целостности системы коммутатора и настроек пользователя.

Переключение сигнала

±10 Впик для каждого пути сигнала

Входные характеристики

Сбалансированный дифференциальный вход

Частотная характеристика

Выходные характеристики

Несимметричный с ручным выбором датчика заземления

Графический интерфейс Precision Signal Switch

Графический интерфейс Switch упрощает управление системными подключениями с главного компьютера.

Настройка и сохранение неограниченного количества конфигураций коммутатора в автономном режиме, загрузка конфигураций на коммутатор
Обозначение входных и выходных данных
Группы каналов с цветовой кодировкой
Выполните тесты "годен/не годен", чтобы проверить текущие настройки.
Начать заводские приемочные испытания для полной проверки системы, включая соединения ввода-вывода.
Индикаторы работоспособности системы

™ Balanced Constant Current и BCC являются товарными знаками Precision Filters, Inc.

™ Long Distance TEDS и LDTEDS являются товарными знаками Precision Filters, Inc.

™ CompactRIO, cRIO, National Instruments и CompactDAQ, cDAQ являются товарными знаками корпорации National Instruments.

REZCOMP™ и логотип REZCOMP™ используются Precision Filters, Inc. по лицензии Kulite Semiconductor Products, Inc.

Матрица переключения, используемая в тестовой системе, соединяет сигнал в определенном столбце с инструментом в определенной строке. Как правило, сигналов больше, чем приборов, поэтому можно выполнить несколько измерений напряжения, последовательно подключая цифровой мультиметр к разным точкам цепи. Количество строк N и столбцов M определяет размер матрицы как NxM. По соглашению строки указываются перед столбцами.

Для описания матриц используется несколько терминов. Переключение с перекладиной или точкой пересечения - это общее описание, которое возникло в электромеханических телефонных коммутаторах, в которых буквально использовались группы металлических стержней как в направлениях X, так и в Y. В зависимости от того, как контакты были расположены между шинами NxM, одновременно могло поддерживаться большее или меньшее количество цепей.

Матрица, которая позволяет подключать каждый вход к отдельному выходу, называется неблокирующей и может быть очень полезна в сложных системах тестирования. Джеффри Лам, главный технический директор Giga-tronics, разъяснил это определение: «Для матрицы IxPxO, где I — количество входов, O — количество выходов, а P — количество одновременных путей, когда P = I, матрица неблокирующая».

Очевидно, что когда P меньше I, не все входы могут быть подключены к выходу, и один или несколько входов блокируются. Каким бы логичным ни казалось это описание, неблокирующие и блокирующие не используются всеми производителями для обозначения одного и того же. Некоторые несоответствия исторические.

Ник Тернер, генеральный директор Cytec, предоставил интересную справочную информацию: «Раньше, когда телефонные компании пытались заменить коммутационные панели с ручным управлением и операторов коммутаторов автоматической коммутацией, термин «блокировка» использовался для описания недорогого типа коммутатора. матрица с высокой вероятностью совершения телефонного звонка без отключения другого вызова или подачи сигнала "занято" на номеронабиратель.

"Проблема заключалась в том, чтобы разместить примерно 5000 человек, которым одновременно нужно было сделать звонок из 100 000 телефонов", – продолжил он. «Вместо того, чтобы создавать огромную неблокирующую матрицу для обработки любого количества вызовов, решение состояло в том, чтобы создать блокирующую матрицу, которая позволяла одновременно подключаться только до 5000 человек. Чем больше вы уменьшали количество переключений, тем меньше и дешевле становилась система, но с большей вероятностью вы получали сигнал «занято», потому что путь был недоступен».

Некоторые компании используют блокировку для обозначения матриц, в которых достаточно переключателей для подключения каждого входа к выходу, но вам потребуется отключить все пути, чтобы внести изменения в соединения. Другие производители используют блокировку, чтобы указать, что все входы не могут быть подключены к выходам одновременно. Другие компании ограничивают количество одновременных путей до одного. Таким образом, несмотря на то, что блокировка подразумевает ограничение, ее серьезность не стандартизирована.

Тем не менее, как заметил г-н Тернер, если ваша тестовая система может быть спроектирована для запуска теста, перенастройки коммутатора и запуска следующего теста, блокирующая матрица может сэкономить много денег по сравнению с неблокирующей реализацией. Г-н Люм добавил, что блокировочные матрицы часто используются для коммутации больших токов. В этих приложениях блокировка помогает предотвратить непреднамеренное подключение нескольких ресурсов и устройств.

Чарльз Гринберг, старший менеджер по маркетингу продуктов EADS North America Test and Services, соглашается: «Матрицы с блокировкой могут обеспечить более высокую производительность по сравнению с неблокирующей матрицей с точками пересечения с точки зрения меньшей длины шлейфа для улучшения характеристик переменного тока и лучшей расширяемости его размеров для плотность и цена.Этот метод применяется, когда требуется несколько путей, но не все возможные пути от каналов N до M нужны одновременно», — заключил он.

В сравнительной таблице, прилагаемой к этой статье, перечислены многие матрицы от нескольких компаний. Терминология, используемая для описания каждого продукта, соответствует техническому описанию или информации, предоставленной производителем.

Микроэлектромеханическая система (МЭМС) — одна из немногих коммерческих платформ для создания оптических переключателей. Матрица 2D MEMS L-коммутации была недавно введена для двумерных поперечных переключателей MEMS двойного размера. Размеры переключателей в основном ограничены разностью хода, связанной с потерей гауссовского сигнала. Хоть конструкция L-переключающая матрица.

Контексты в исходной публикации

<р>. Неважно заранее задавать порядок портов в четырех подмножествах, X 1 , X 2 , Y 1 и Y 2 . Без ограничения общности нумерация портов коммутатора назначается, как показано на рис. 5. С событиями в «перекрестном переключении», то есть входной порт в X 1 переходит в выходной порт в Y 2 или аналогично из X 2 в Y 1 . .

<р>. Чтобы продемонстрировать неблокирующую характеристику матрицы L-коммутации с возможностью перестановки с помощью предложенного алгоритма, достаточно наблюдать за работой всех зеркал в Q 1 , как показано на рисунке 5. Это связано с тем, что и Q 2, и Q 3 работают аналогично традиционным поперечным переключателям с простыми зеркальными настройками. .

<р>. Алгоритм может быть развернут для расширенных проектов подключения. Для коммутатора 8×8, как показано на рис. 5, существует 8!=40320 перестановок, если все входные порты активны без какой-либо блокировки начала линии [16]. Показаны три типичных схемы соединения с использованием предложенного алгоритма. .

<р>. дизайн прост, просто добавив больше строк и столбцов в переключатель. На рисунке 5, если мы имеем M > N/2, то количество избыточных строк или столбцов равно M -(N/2). Для системы R определяется как избыточность, т. е. R = M -N/2. .

Цитаты

<р>. Он должен обеспечивать минимальное и, желательно, полное отсутствие разрыва существующих соединений при запросе новых соединений. В предыдущих отчетах представлена новая двумерная архитектура МЭМС, матрица L-переключения и алгоритм ее переключения [12], [13]. Продемонстрирован прототип матричного коммутатора с L-переключателем, а процесс его изготовления с высоким коэффициентом полезного действия проиллюстрирован в другом месте [14]. .

<р>. Кроме того, архитектура требует меньшей площади кристалла и меньшего количества зеркал. Хотя архитектура L-матрицы имеет превосходные характеристики по оптическим потерям от порта к порту, она имеет недостатки переключения, которых нет в традиционной архитектуре с поперечными перемычками [13]. Эти недостатки переключения можно свести к минимуму с помощью алгоритмов переключения, представленных в разделах IV-VI. .

<р>. Архитектура L-коммутации с ее текущим алгоритмом оказалась RNB [13]. Было показано, что архитектура L-коммутации может поддерживать изменения в наборе соединений без сброса коммутатора в некоторых случаях, а это означает, что штраф за RNB может быть уменьшен. .

Оптическая кросс-коммутация в свободном пространстве (OXC) для оптической коммутации продемонстрировала перспективность замены традиционных электронных коммутационных матриц.Микромеханические оптические коммутаторы обеспечивают превосходную производительность с точки зрения скорости передачи данных и прозрачности протокола, что делает их перспективными; однако они страдают от неравномерности оптических потерь от порта к порту, что ограничивает их использование в крупномасштабных оптических соединениях. Недавние отчеты о новой двумерной (2-D) архитектуре OXC, матрице L-коммутации, показали, что она может значительно уменьшить неравномерность оптических потерь среди всех выходных портов. Недостатком матрицы L-коммутации является то, что она является неблокирующей с возможностью перестановки (RNB) и не является строго неблокирующей. В данной статье представлены решения по оптимизации его алгоритмов переключения. Предлагается алгоритм лестничного переключения, чтобы свести к минимуму возникновение условий внутренней блокировки.

Топология коммутатора — это организационное представление каналов и реле в модуле коммутатора. Топология устанавливает состояния по умолчанию для всех реле в модуле и определяет имена каналов. Некоторые коммутаторы могут использовать несколько топологий или варианты каждого типа топологии. Некоторые клеммные колодки или аксессуары могут заставлять коммутатор использовать заданную топологию или набор топологий.

Содержание

Топология общего назначения

Коммутационная карта общего назначения состоит из группы независимых реле. Эти реле, как правило, способны коммутировать большие (по сравнению с мультиплексором или матрицей) токовые нагрузки. Примеры использования включают переключение питания (подключение питания к тестируемому устройству (UUT)) и переключение нагрузки.

Переключатели Form A и Form B представляют собой однополюсные однопозиционные переключатели (SPST). Дифференцировка находится в состоянии покоя. В этом состоянии переключатели формы А разомкнуты. Переключатели формы B закрыты в состоянии покоя.

Рис. 1. Формы реле SPST и SPDT

Работа переключателя формы C и формы D основана на однополюсном двухпозиционном переключателе (SPDT). Отличие в работе заключается в том, что переключатель Form C открывает соединение до того, как закроет другое соединение (это также называется разрывом перед созданием или BBM). Переключатель формы D закрывает оба соединения перед открытием исходного соединения (это также называется созданием перед разрывом или MBB).

Рис. 2. Варианты формы C (BBM) и формы D (MBB) SPDT

Карта общего назначения NI обычно состоит из серии переключателей Form A или Form C. Пользователь решает, какие цепи замкнуть и какой вход соединить в любой момент с соответствующим выходом. Эту архитектуру можно использовать для обеспечения протекания тока по цепи или направления напряжения от входа к выходу.

Информацию о доступных модулях коммутаторов NI, использующих топологию общего назначения, см. в Руководстве по выбору коммутаторов NI PXI.

Топология мультиплексора

Рис. 3. Мультиплексоры построены либо с одним уровнем реле формы A, либо с несколькими уровнями реле формы C.

Мультиплексор или мультиплексор — это топология, в которой вы можете подключить один вход к нескольким выходам или один выход к нескольким входам. Эта топология часто используется для сканирования, когда нужно автоматически подключить последовательность каналов к общей линии. Эту топологию также можно использовать для синхронизации соединений источника и измерения с помощью пары мультиплексоров. Один мультиплексор будет настроен как 1:N, другой как N:1. Примером этого может быть осциллограф, измеряющий четыре разных сигнала по одному, и генератор функций, передающий сигнал в другую точку на проверяемом оборудовании.

Информацию о доступных модулях коммутаторов NI, использующих топологию мультиплексора, см. в Руководстве по выбору коммутаторов NI PXI.

Матричная топология

Матрица — одна из самых гибких коммутационных конфигураций. В отличие от мультиплексора, матрица может соединять несколько входов с несколькими выходами, организованными в виде столбцов и строк. Вы можете соединить любой столбец с любым количеством строк и любую строку с любым количеством столбцов. На каждом пересечении строки и столбца есть переключатель. Когда переключатель замкнут, строка соединяется со столбцом.

Размер матрицы часто описывается как M строк по N столбцов (M x N). На рисунке ниже показана однопроводная матрица 2 x 4.

Рис. 4. Строки матрицы связаны со столбцами через отдельные реле формы A.

На двух рисунках ниже показаны две распространенные конфигурации матриц.

Рис. 5. Матрицы могут быть настроены с приборами в строках и контрольными точками проверяемого оборудования в столбцах.

Размещение приборов в строках и тестируемых единиц (UUT) в столбцах позволяет легко расширять проверяемое оборудование. В этом примере к примеру мы могли бы добавить больше проверяемых устройств с другим модулем, и нам нужно было бы соединить только четыре ряда. Если бы нам нужно было добавить больше строк для инструментов, нам нужно было бы соединить все столбцы.

Рисунок 6. Матрицы могут быть сконфигурированы с приборами и контрольными точками проверяемого оборудования в столбцах, зарезервировав строки для маршрутизации сигналов.

Размещение как инструментов, так и проверяемых устройств в столбцах матрицы позволяет дополнительно расширить их, добавив только один дополнительный модуль и соединив строки. Он ограничен тем, что расширение происходит только за счет добавления столбцов.

Информацию о доступных модулях коммутаторов NI, использующих матричную топологию, см. в Руководстве по выбору коммутаторов NI PXI.

Другие рекомендации по переключению

Модули коммутации NI могут коммутировать 1, 2 и/или 4 провода. В однопроводном режиме вы подключаете положительные выводы к реле, а отрицательные — к общему соединению. Все сигналы относятся к этому общему соединению.

Рис. 7. Односторонний мультиплексор

Иногда необходимо переключить более одного сигнала одновременно. В этой ситуации можно использовать переключатель, работающий в 2-проводном или 4-проводном режиме. В двухпроводном режиме вы подключаете как положительные, так и отрицательные выводы к клеммам канала. Преимуществом 2-проводной коммутации является отличное подавление синфазных помех. Некоторыми приложениями, в которых обычно используется 2-проводная схема, являются дифференциальные измерения, измерения низкого напряжения, сильного тока и измерения сопротивления в диапазоне 100–10 МОм. 4-проводной режим обычно используется для 4-проводного измерения сопротивления. Два вывода используются для возбуждения тока, а еще два вывода используются для измерения падения напряжения на резисторе.

Рис. 8. Двухпроводные (дифференциальные) и четырехпроводные мультиплексоры

Драйвер реле
Драйверы реле NI являются идеальным выбором, когда требования к току и напряжению для реле превышают требования существующих релейных модулей (или для реле, встроенных в тестовую систему). Как и переключатели NI, модули привода реле управляются программным драйвером NI-SWITCH, поэтому инженеры могут одинаково программировать внешние реле, подключенные к драйверу реле, и стандартные модули переключателей PXI и SCXI. Для дополнительной защиты от обратного напряжения в реле добавлен обратный диод. SCXI-1167 имеет источник 5 В, а PXI-2567 имеет источники 5 В и 12 В для управления реле. Источник 5 В на SCXI-1167 может обеспечить ток до 0,75 А. Источник 5 В на PXI-2567 может обеспечить ток до 1,25 А, а источник 12 В может обеспечить ток 0,50 А.

Рисунок 9. Драйвер внешнего реле PXI-2567

РЧ-модули
Модули РЧ-коммутации (радиочастоты) NI идеально подходят для увеличения количества каналов или повышения гибкости систем с полосой пропускания сигнала более 10 МГц. RF — это не топология, но RF-коммутаторы могут быть любой топологией. Мультиплексоры высокой плотности, разреженные матрицы с гибкими размерами и реле общего назначения входят в число доступных конфигураций модулей коммутации PXI и SCXI. Каждый из этих модулей был оптимизирован для минимальных вносимых потерь, отражений, перекрестных помех и максимальной изоляции между каналами. Для получения дополнительной информации об этих параметрах см. приведенные ниже ссылки на сложные архитектуры радиочастотной коммутации — часть I и часть II.

Информацию о доступных модулях коммутаторов NI, предназначенных для ВЧ-коммутации, см. в Руководстве по выбору коммутаторов NI PXI. Концепции проектирования и эксплуатации радиочастотных коммутаторов см. на страницах Комплексная архитектура радиочастотной коммутации — Часть I и Комплексная архитектура радиочастотной коммутации — Часть II.

Рис.1 Аналоговая 3D матричная коммутация

(Цифровая технология, высокая надежность, фиксация и высокая скорость)
Оптоволоконные матричные коммутаторы Photonwares одновременно соединяют N входных и M выходных волокон в полностью неблокирующем, полностью оптическом перекрестном соединении. -Конфигурация подключения. Матричные оптические коммутаторы обеспечивают динамическую реконфигурацию оптической сети, повышая ее надежность, а также разделяя ресурсы.
Преимущества цифрового оптического переключателя MEMS

Оптические переключатели на основе МЭМС можно разделить на два подхода: цифровой и аналоговый. В обоих случаях микрозеркала приводятся в действие для перенаправления света с заданного входного порта на заданный выходной порт. В аналоговых матричных переключателях два зеркала поворачиваются, чтобы получить функцию переключателя, что требует сложной электроники обратной связи с программным обеспечением для поддержания каждого положения соединения и компенсации температурной зависимости. Эти переключатели имеют недостаток дрейфа с течением времени из-за накопления остаточного электростатического заряда, который нельзя откалибровать с помощью программного обеспечения; медленный из-за необходимости сброса после каждого переключения; и потерянное положение при отключении питания, а также проблемы с попаданием. В цифровых переключателях каждое зеркало перемещается только в двух положениях: внутри или вне пути света.

Рис.2 Переключение цифровой 2D-матрицы

Photonwares использует запатентованную цифровую МЭМС с тепловым приводом, предлагающую значительные преимущества по сравнению с аналоговыми МЭМС.К ним относятся высокая надежность, внутренняя нечувствительность к температуре, отсутствие дрейфа с течением времени, быстрое переключение, фиксация положения, прямой интерфейс электронного драйвера TTL, прямое низкое управляющее напряжение, отказоустойчивое сохранение световых путей при отключении питания. Photonwares производит чипы MEMS на собственном 6-дюймовом литейном заводе, что позволяет предлагать наиболее конкурентоспособные цены. Типичное устройство МЭМС-зеркала и принцип работы цифрового оптического переключателя показаны на рисунке 2.
Три технологии цифровых матричных оптических переключателей для всех сценариев применения
Photonwares производит три типа цифровых 2D-матричных переключателей для различных применений. сценарии. Мы производим двухмерные матричные переключатели crystalLatchingTM на магнитооптической основе уже более 19 лет. Это семейство немеханических переключателей представляет собой уникальное решение для приложений, требующих высокой скорости и надежности; включая лидары, подводные, аэрокосмические и опережающие технологии с большой клиентской базой. Наши двухмерные матричные МЭМС-переключатели обеспечивают высокую надежность без долговременного дрейфа, высокую скорость переключения, отказ от функции фиксации и низкое энергопотребление. В настоящее время мы производим количество портов до 32×32 с равномерными вносимыми потерями менее 2 дБ для каждого светового пути. Наши матричные переключатели SelfAlignTM основаны на технологии «волокно-волокно» без покрытия и предлагают уникальное решение для оптоволокна с большой модой и высокой мощностью (> 10 Вт) с очень низкими потерями (0,3 дБ), предпочтительное решение для контрольно-измерительных приборов и испытаний.
Специальные решения для цифровых матричных оптических коммутаторов
Для тестовых и измерительных приложений, требующих управления более чем одним матричным оптическим коммутатором или скоординированного управления несколькими оптическими компонентами, Photonwares предлагает систему для монтажа в стойку с GPIB и интерфейсом управления через Интернет.

Photonwares обладает обширным опытом в создании индивидуальных оптических коммутаторов с использованием заданного заказчиком волокна, нестандартных длин волн и т. д., создавая действительно индивидуальные решения или объединяя несколько компонентов оптического коммутатора для создания решения для конкретного приложения.

Читайте также: